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Prova de aptidão tecnológica

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  • 1. PROVA DE APTIDÃO TECNOLÓGICA – PROJECTO ROBOT DE BUSCA E SALVAMENTOTrabalho realizado por: Ricardo AntunesPAT – Prova de Aptidão Tecnológica
  • 2. SUMÁRIO Motivação. Requisitos. Conceitos Teóricos. Arquitectura do sistema. Implementação. Conclusões. Trabalho Futuro.
  • 3. INTRODUÇÃO Pesquisa de robots já existentes no mercado. Compreensão de conceitos teóricos para iniciação do projecto. Planeamento da estrutura física do robot. Desenho 3D utilizando a ferramenta de desenho INVENTOR. Implementação do material a utilizar. Planeamento da programação para posterior participação em provas. Conclusões retiradas com o projecto.
  • 4. REQUISITOS Microcontrolador: ATmega1280. Controlo dos motores: Ardumoto (L298). Sensor de pista: Axe121. Sonares: SRF05. Motores: EMG30. Chassis: Alumínio. Sistema de movimento: Lagartas. Bateria: 5v a 12v DC. Comunicação: FT232R. Servo: S05NF. Garra: Sparksfun robotic claw.
  • 5. PROVA DE ROBÓTICA NACIONAL
  • 6. PROVADE ROBÓTICA NACIONAL - GARRA
  • 7. PROVA DE ROBÓTICA NACIONAL - FOTOS
  • 8. DEFINIÇÃO DE ROBOT Robot: É um agente artifícial activo que possuí um corpo e cujo ambiente é o mundo real (físico). Robot Autónomo: É um robot que realiza as suas próprias decisões usando o feedback que recebe do seu ambiente.
  • 9. AGENTES E SISTEMAS MULTI-AGENTE A g e n te : Um s i s te ma c o m put a cional , s i t ua do n um da do a m bi e nte , te m pe rc e pç ã o do a m bi e nte a t rav é s de s e n sores e te m a c t ua do re s q ue v ã o de s e mpen har um a a c ç ã o c o n fo rm e a a n á l ise do s s e n s ores do a m bi e n te e m c o n j un to c o m a pro g ra m a ç ã o . Si s te ma m ul t i - a gente : É um s i ste ma e m q ue 2 o u m a i s a g e n te s, i n te ra gem o u t ra ba l h a m e m c o n j unto de fo rm a a de s e m pen har um dete rm i n ado c o n j un to de ta re fa s .
  • 10. MOTORES DC Um motor DC é :  Máquina de corrente contínua que poderá funcionar como motor ou gerador.  É alimentado por uma corrente externa que em conjunto com 2 campos magnéticos gera um binário.  Um motor DC é constituído por:  Rotor (componente em movimento).  Estator (componente estática).
  • 11. MOTORES DC Esquema da constituçãode um motor dc com brushes.
  • 12. EMG30 O EMG30 é um motor de 12v , com encoder ótimo para pequenos e médios robots. Incluí um condensador redutor de ruído , nos enrolamentos do motor.
  • 13. EMG30 Rated voltage  12v Rated torque  1.5kg/cm Rated speed  170rpm Rated current  530mA No load current  150mA Stall Current  2.5A Encoder counts per output shaft turn  360
  • 14. EMG30 Wire Connection colour Purple Hall Sensor B Vout (1)Blue (2) Hall sensor A Vout Green Hall sensor ground (3) Brown Hall sensor Vcc (4)Red (5) + Motor Black - Motor (6)
  • 15. MODULAÇÃO PWM O impulso PWM significa Pulse-width modulation. O PWM é a técnica mais usada para controlar a velocidade de um motor DC , porque permite induzir no motor energias electricas diferentes. Este pulso é modulado em ondas quadradas.
  • 16. CÁCULO DO PWM E n t ra da = 5 V D ut y - Cyc l e 5 0 % te m o s Sa í da 2 , 5 V D ut y - Cyc l e 10 0 % te m o s Sa í da 5 , 0 V D ut y - Cyc l e 37 % te m o s Sa í da 1 , 8 5 V TCi c lo = te m po tot a l de 1 c i c l o . Ch a m amos de T. Tl i ga do = te m po e m a l t a ( h i g h ). Tde s liga do = te m po e m ba i xa ( l ow ) . E = te n s ã o de e n t ra da .
  • 17. CÁLCULO DO PWM
  • 18. PROGRAMAÇÃO DO PWM  Para programação no Arduino:  analogWrite(valoranalógico).  AnalogWrite: Envia para a por ta analógica de controlo do motor um valor analógico correspondente á velocidade pretendida.  Os valores analógicos variam de 0 a 255  Concluindo 0 corresponde a 0v e 255 ao nosso máximo. (neste caso 5v).
  • 19. PONTE H A Ponte H tem como função permitir a alteração do sentido de rotação dos motores. O Ardumoto pussiu o driver L298 que é uma ponte H. V1 V1 12v 12v +V +V Q1 Q3 NMOS NMOS D4 S1 D4 S3 D1 DIODE D1 DIODE DIODE DIODE M1 M1 Q2 Q4 NMOS D3 NMOS D3 D2 DIODE D2 DIODE DIODE S2 DIODE S4
  • 20. PONTE H Ao colocar uma certa tensão na gate dos Q1 Q2 Q3 Q4 Sentido MOSFETs desejados, 0 0 0 0 Parado controlamos o sentido 1 0 1 0 Parado com que a corrente 0 1 0 1 Parado atravessa o circuito e 1 0 0 1 Frente por consequência o 0 1 1 0 Trás sentido de rotação do motor.
  • 21. PROGRAMAÇÃO PARA CONTROLO DO SENTIDO DOS MOTORES Para programar o  DigitalWrite = Entrada sentido de um motor é digital do arduino necessário usar o seguinte código (arduino):  Dir_a = Motor A digitalWrite(dir_a, LOW);  Low = Direcção Trás digitalWrite(dir_a, HIGH);  High = Direcção Frente
  • 22. DIFRENÇAS ENTRE SINAL ANALÓGICO E SINAL DIGITAL Sinal analógico Sinal digital Variação contínua  Variação discreta  A função pode assumir  A função assume um qualquer valor. (0 a 255). conjunto de valores pré definido (0 e 1).  Intervalo de sinalização.
  • 23. ARDUMOTO Ardumoto : PCB de controlo para 2 motores DC. O Ardumoto é baseado na ponte H l298,tambem incluí dois leds , um laranja e um azul que indicam a direcção em que o motor está em rotação. Os motores são ligados ao Porto A e Porto B que correspondem respectivamente a os impulsos PWMA e PWMB. (PWM = Pulse-width-modulation).
  • 24. FUNCIONAMENTO DE UM SONAR O funcionamento de um sonar é de fácil compreensão. O nosso emissor emite uma onda ultrasonica , que ao embater num objecto, vai se reflectir. Ao se reflectir um receptor vai registar o tempo que demorou a chegar a onda .
  • 25. SRF05
  • 26. SRF05 O SRF05 é um sonar evoluido do SRF04, em que o SRF04 usa apenas um pino para trigger e echo. O SRF05 usa dois pinos independentes para enviar e receber informação (trigger e echo independentes). O SRF05 funciona com uma tensão de 5v e tem apenas 5 pinos.
  • 27. PROGRAMAÇÃO PARA CÁLCULO DA DISTÂNCIA COM UM SONAR O cálculo da distância apartir de um sonar é feito pelos seguintes códigos (arduino):  distance = pulseIn(echo, HIGH);  distance = distance/58; Estas linhas de código fazem com que o valor da distância seja igual ao pulso do echo , e depois divide-se essa mesma distância por 58 para obter o valor em centímetros da distância.
  • 28. PROGRAMAÇÃO PARA OBTER O VALOR DA DISTÂNCIA NA CONSOLA Na função de setup vamos defenir a velocidade de transmissão:  Serial.begin(9600); Em seguida vamos ter de transferir o valor para a consola com a função:  Serial.println(distance);  Delay_miliseconds(10); A função delay ser ve para criar um intrevalo de 10 milisegundos na transmição de valores. Se quisermos tambem fazer uma referência podemos tambem imprimir na consola(colocar este codigo antes do print do valor da distãncia):  Serial.println(“Distância--->”);
  • 29. ENCODERS Um encoder é um dispositivo electromecânico que converte uma posição angular num código analógico ou digital e um encoder dá-nos:  O sentido da rotação do motor.  A distância percorrida pelo motor.
  • 30. PROGRAMAÇÃO PARA O ENCODER Este código serve para definir os pinos do encoder como uma interrupção interna no flanco ascendente:  pinMode (encoder,INPUT);  attachInterrupt(2, CountA, RISING); pinMode = define se o encoder é um input ou output. attachInterrupt = define a interrupção interna no pino 2 que vai a função de contagem , e define o flanco.
  • 31. SENSOR DE PISTA O Axe121 é um sensor de pista da picaxe , muito simples de apenas 3 sensores de infra-vermelhos. Funciona por apenas 5 ligações (V+, GND e 3 ligações correspondentes ao sensor central , esquerda e direita).
  • 32. PROGRAMAÇÃO PARA O SENSOR DE PISTA AXE 121 Se pretendemos ter uma leitura dos sensores de infravermelhos temos de utilizar o seguinte código(arduino):  pis_Ls = digitalRead(pis_L);  pis_Cs = digitalRead(pis_C);  pis_Rs = digitalRead(pis_R); digitalRead = Faz a leitura do sinal digital dos infravermelhos. pis_x = Variável onde se vai guardar o valor obtido na porta digital (Ls(esquerda),Cs(centro),Rs(Direita).
  • 33. S05NF S05NF : Servo de médio porte .  Rotação : 180°  Torque : 3.2kg/cm (19.6oz/in) (6V) ou 2.8kg/cm (19.6oz/in) (4.8V)  Voltagem : 4.8v a 6v  Dimensões : 28.8 x 13.8 x 30.2mm
  • 34. ROBOTIC CLAW SPARKSFUN Robotic claw : Garra robótica da sparks fun , com uma abertura de 6 cm máximo. Como a lata da prova tem 6,5 cm de diâmetro foram feitas alterações ao sistema mecânico da garra . Esta garra usa um servo S05NF .
  • 35. ARDUINO ATMEGA1280 O Atmega1280 é a PCB de controlo arduino , que utiliza o microprocessador ATmega1280. O Arduino é uma tecnologia Italiana , que é de fácil acesso ao público e de facíl programação. (http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega )
  • 36. COMPARAÇÃO ENTRE ATMEGA1280 E UNO Arduino ATmega1280 Arduino UNO Microcontroller  Microcontroller  ATmega1280  ATmega328 Operating Voltage  Operating Voltage  5V  5V Input Voltage (recommended)  Input Voltage (recommended)  7-12V  7-12V Input Voltage (limits)  Input Voltage (limits)  6-20V  6-20V Digital I/O Pins  Digital I/O Pins  54 (of which 15 provide PWM output)  14 (of which 6 provide PWM output) Analog Input Pins  Analog Input Pins  16  6 DC Current per I/O Pin  DC Current per I/O Pin  40 mA  40 mA DC Current for 3.3V Pin  DC Current for 3.3V Pin  50 mA  50 mA Flash Memory  Flash Memory  128 KB of which 4 KB used by bootloader  32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader SRAM  SRAM  8 KB  2 KB (ATmega328) EEPROM  EEPROM  4 KB  1 KB (ATmega328) Clock Speed  Clock Speed  16 MHz  16 MHz
  • 37. DESENHO 3D USANDO INVENTOR Praticamente a fase inicial do projecto , a fase em que as ideias do aspecto tinham se ser transferidas para um desenho. (No caso utilizando o INVENTOR).
  • 38. DESENHO 3D USANDO INVENTOR Desenhos de alta qualidade que permitem o envio das peças para fabrico.
  • 39. FLUXOGRAMA DO PROGRAMA USADO NO ROBOT
  • 40. CONCLUSÕES Um robot não é um sistema fácil de construir. Os custos de um robot são algo elevados , devido á complexidade das peças utilizadas na sua construção. O numero de testes a serem feitos é grande. O numero de complicações que possam surgir na sua construção é grande , porque o hardware nem sempre funciona como pretendemos. A utilização de encoders foi essencial.
  • 41. TRABALHO FUTURO Elaboração de uma pcb de controlo de motores original. Elaboração de uma pcb para um sensor de pista mais potente. Esquema 3D de uma caixa para colocar as pcbs de forma segura e facilitar a remoção das mesmas. Melhorar o chassis Adicionar um sensor de cor para as provas com vitimas de cor no solo. Desenvolver um novo sistema para a garra.

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